Мар 29

Система водообеспечения

Система водообеспечения – одно из наиболее узких мест в СЖО обитаемого космического корабля. Вес воды самый большой по отношению к весу других веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности человека. Поэтому восстановление воды представляется наиболее обнадеживающим средством понижения веса СЖО. В полетах кораблей «Меркурий» вода повторно не использовалась, но на случай аварии в последнем полете этой серии предусматривалось пользование водой, сконденсировавшейся в скафандре. В космических кораблях «Джеминай» и «Аполлон» в качестве бортовой энергоустановки применяются водородо-кислородные топливные элементы, а выделяемая ими побочная вода используется для питья. Химическая чистота такой воды вполне удовлетворительна, но необходимо предпринять меры против ее заражения бактериями.

Наиболее целесообразным источником воды для восстановления считается вода из системы, регулирующей уровень влажности, а также моча и вода для гигиенических нужд. Количество влаги, содержащейся в фекальных массах, очень невелико, а сложность извлечения и очистки для получения питьевой воды сводит до минимума ее значение.

Вода из системы, регулирующей уровень влажности, имеет хорошее химическое качество, но опыты показывают, что возможность ее загрязнения микроорганизмами выше, чем воды из топливных элементов. Следовательно, в системе необходимо использовать подавление роста бактерий, например применять 5-микронный фильтр, ультрафиолетовую лампу или химически обрабатывать воду перед употреблением галозоном, иодом и т. д.

Системы восстановления питьевой воды из мочи и из воды для гигиенических нужд близки в том смысле, что в обоих случаях необходимо удаление микроорганизмов, органических и неорганических загрязняющих примесей, которые различаются только по концентрации. В изучаемых системах используются вакуумный пиролиз, сжатие пара, электродиализ, конденсация воды из воздуха, а также электролизные и топливные элементы.

Вакуумный пиролиз

Система вакуумного пиролиза состоит из установки вакуумной дистилляции и каталитического нагревателя (рис. 30). Вакуумная дистилляция применяется для понижения температуры кипения и, следовательно, уменьшения распада растворенных веществ.

Рис. 30 Схема установки вакуумного пиролиза

При этом органические и прочие летучие примеси переходят в паровую фазу Включение каталитического нагревателя дает возможность подвергать пиролизу органические соединения и уничтожать все бактерии. Качество восстановленной воды получается превосходным, но обработка требует больших энергетических затрат. Кроме того, система нуждаетсяв конденсаторе который мог бы работать в условиях нулевой гравитации. Однако пока такие конденсаторы не созданы.

Сжатие пара

Процесс сжатия пара для восстановления воды можно приспособить к требованиям, диктуемым условиями космического полета. В соответствующей системе (рис. 31) насыщенный пар из испарителя поступает в компрессор. В peзультате сжатия повышаются давление и соответственно температура насыщения. Поскольку температура насыщения в конденсаторе выше, чем в испарителе, создается температурный потенциал, обеспечивающий передачу скрытого тепла конденсации обратно в испаритель для испарения новых количеств жидкости. Компрессор играет роль теплового насоса, в котором сжатие вызывает рециклирование скрытого тепла испарения в системе. Таким образом, отпадает необходимость в непосредственном источнике нагревания и теплопоглотителе.

Рис. 31. Схема установки для конденсации пара

Поскольку некоторые органические соединения, бактерии и другие летучие примеси переносятся в виде паров, то для придания восстановленной воде хорошего качества требуется окончательная ее обработка. С этой целью можно пропускать воду через патрон с активированным углем для удаления органических соединений, а затем стерилизовать с помощью химических веществ или ультрафиолетового облучения.

Электролиз

Электродиализ широко используется для обессоливания воды с целью использования ее для питья. Метод основывается на перемещении ионизированных частиц в направлении, перпендикулярном к направлению потока жидкости под действием постоянного тока. Перемещение происходит сквозь пластмассовые мембраны, обладающие высокой избирательностью к переносу либо положительно (катионы), либо отрицательно (анионы) заряженных ионов. Катионы перемещаются к катоду от одной ячейки к другой, если элементы разделены катионообменной мембраной. Однако они эффективно «запираются» в ячейке, которая со стороны, обращенной к катоду, ограничена анионообменной мембраной. Аналогичным образом анионы перемещаются к аноду, пока не «захватываются» в ячейке, имеющей со стороны анода катионопереносящую мембрану. При соответствующем расположении ионообменных мембран поток, содержащий электролиты, можно разделить на поток, свободный от электролитов, и концентрированный. Этот процесс не зависит от гравитации и не требует больших затрат электроэнергии. Недостаток его заключается в необходимости дополнительно обрабатывать воду для удаления неионизированных органических соединений и микроорганизмов. В существующей системе применяются комплексообразующие реагенты и активированный древесный уголь для удаления органических соединений и ультрафиолетовое облучение для стерилизации воды (рис. 32).

Рис. 32 Схема системы электродиализа

Конденсация паров атмосферной влаги

Система конденсации паров воды из воздуха (рис. 33) пропускает воздух кабины или газ для охлаждения аппаратуры через испаритель, содержащий смоченный мочой гигроскопический материал. Воздух поглощает воду из мочи и переносит ее в конденсатор, где происходят конденсация и сбор влаги. В системе расходуются, приблизительно по 45 г/сутки на человека, следующие материалы:

– активированный древесный уголь для удаления запаха из потока воздуха (на рис. 33 не показано) и окончательной очистки образуемой воды;

– присадка для предварительной обработки, которая снимает вопрос о переносе аммиака путем стерилизации мочи и связывания ионов аммиака (распад мочевины на аммиак и углекислый газ вызывается бактериологическим действием);

– гигроскопический материал, который забивается твердыми частицами мочи и подлежит регулярной замене.

Преимущество описанной системы в том, что можно использовать существующее оборудование и удачно включить его в систему терморегулирования.

Рис. 33. Схема установки для восстановления воды методом атмосферного испарения:

1 – испаритель; 2 – конденсатор; 3 – водоотделитель; 4 – патрон с активированным древесным углем; 5 – ультрафиолетовая лампа; 6 – рециркуляционный насос; 7 – нагреватель

Система электролизных и топливных элементов

Система электролизных и топливных элементов (рис. 34) представляет собой сочетание электролизных и водородо-кислородных топливных элементов. Топливные элементы поглощают водород и кислород с образованием электроэнергии и питьевой воды. Скорость образования воды, (или расход реагентов) составляет 810 г/квт-ч. Реагенты – водород и кислород – можно получить путем электролиза мочи, на что требуется 5,5 квт-ч на 1 кг подвергаемой электролизу воды. Следовательно, объединяя топливные элементы с элементами электролиза мочи и используя электроэнергию, образуемую топливными элементами (она обеспечивает часть потребностей электролиза в энергии), можно получить питьевую воду с затратой, энергии 3,8 квт-ч на 1 кг восстановленной воды. Система электролизных и топливных элементов уже сконструирована и опробована, но из-за чрезвычайно больших затрат электроэнергии не рассматривается для применения в ближайших космических полетах.

Рис. 34. Схема системы восстановления воды из мочи с помощью электролизного и топливного элементов:

1 – электролизный элемент; 2 – регулятор давления; 3 – фильтр; 4 – топливный элемент

Переводчик Г. Я. ТВЕРСКАЯ

Редактор А. Д. НОСКИН

Похожие статьи:

  1. Система жизнеобеспечения человека в скафандре Автономная система жизнеобеспечения, применяемая в комплекте со скафандром при выходе...
  2. Переработка мочи В моче по весу содержится приблизительно 4,7% твердых веществ. В...
  3. Регенерация воды в космическом полете F. J. Hendel, J. Frank ARS Journal, 1962, v. 32, N...

автор admin



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.